Mobile IPv6 (MIPv6) équipe Planète - INRIA Rhône-Alpes vincent.roca@inrialpes.fr 18 janvier INRIA Rhône-Alpes - Planète research team

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1 Mobile IPv6 (MIPv6) équipe Planète - INRIA Rhône-Alpes vincent.roca@inrialpes.fr 18 janvier 2010 INRIA Rhône-Alpes - Planète research team Motivations! les extrémités d'une connexion TCP/UDP doivent conserver leur adresse IP durant toute la vie de celle-ci! connexion identifiée par {IPsrc, IPdst, Portsrc, Portdst}! si une des extrémités est mobile, elle devra changer d'ip lors de la visite d'un nouveau réseau casse la connexion TCP! deux solutions possibles :! modifier TCP et les applications pour s'adapter aux hôtes mobiles! peu pratique et ne passe pas à l'échelle!! résourdre le problème au niveau de la couche IP d'une façon transparente à TCP et aux applications existantes "

2 Les solutions orientées IP! ajout de routes spécifiques?! repose sur un changement dynamique de toutes les tables de routage pour aiguiller les paquets vers la bonne destination!! ne passe pas à l'échelle si le nombre de nœuds mobiles augmente et/ou leur niveau de mobilité! reste acceptable pour de petits réseaux (cf. CIP, HAWAII)! adressage IP à deux niveaux! les applications utilisent une adresse IP statique : Home Address (HA)! le routage se fait en utilisant une adresse topologiquement correcte : care-of-address (CoA)! un protocole de niveau 3 convertit la CoA en HA et vice-versa! c'est le principe de Mobile IP (MIP) Principe de l'adressage à deux niveaux! la mobilité (changement de CoA) est transparente à l'application et les protocoles IP et supérieurs, qui continuent d'utiliser la HA (adr. permanente du MN) Correspondent Node (CN) Mobile Node (MN) TCP (CN,MN) TCP (CN,MN) IP IP MN CN MN CN MIP CoA CN MN MIP CoA CN MN CoA CN MN

3 Principes de base de MIPv6 (1) Home Agent (HA) (! home addr.) home network réseau principal d'attachement du MN Internet Mobile Node (MN) foreign network réseau visité par le MN Correspondant Node (CN) 5 Principes de base de MIPv6 (2) Home Agent (HA) (! home addr.) home network réseau principal d'attachement du MN Internet CoA MN foreign network réseau visité par le MN Correspondant Node (CN) auto-configuration IPv6 du MN qui acquiert une CoA 6

4 Principes de base de MIPv6 (3) Home Agent (HA) enregistre l'association (HA -> CoA) Binding Update (BU) home network Internet Mobile Node (MN) réseau principal d'attachement du MN Binding ACK foreign network Correspondant Node (CN) 1. CN envoie au HA sa CoA (message Binding Update) 2. le HA (home agent) enregistre l'association HA (home addr) CoA 3. le HA acquitte (message Binding Ack) Principes de base de MIPv6 (4) Home Agent (HA) (! home addr.) home network Internet Mobile Node (MN) réseau principal d'attachement du MN foreign network 1 Correspondant Node (CN) 1. CN envoie au MN (à sa Home Addr) 2. HA intercepte le paquet (proxy ARP) 3. HA tunnelle les paquets au MN, grâce à une encapsulation et CoA comme adresse destination 4. MN reçoit le paquet encapsulé

5 Principes de base de MIPv6 (5) Home Agent (HA) (! home addr.) home network réseau principal d'attachement du MN Internet Mobile Node (MN) foreign network réseau visité par le MN Correspondant Node (CN) 1. le CN envoie à l'adr. du CN (normal) en utilisant sa CoA comme adr source, et l'option destination "HA" Optimisation de l'acheminement des paquets (1)! problème du routage triangulaire HA MN! le CN envoie tous ses paquets au MN via le HA! induit une latence et une charge réseau supérieures! solution : optimisation de la route! le CN apprend la localisation courante (CoA) du MN! sur réception du premier paquet tunnelé par HA, le MN envoie un BU au CN! tunnel direct CN! avec MIPv6, le CN utilise l'extension de routage

6 Optimisation de l'acheminement des paquets (2) Home Agent (HA) (! home addr.) 2 4 home network Internet 3 Mobile Node (MN) réseau principal d'attachement du MN Correspondant Node (CN) enregistre l'association (HA -> CoA) foreign network 1. CN envoie à l'adresse HA 2. HA intercepte le paquet (proxy ARP) 3. HA tunnelle le paquet à la CoA 4. MN reçoit le paquet 5. MN envoie un BU à CN 6. CN envoie ses paquets directement à MN en utilisant une option routage Option destination de type Home Address (IPv6)! utilisé par un MN lorsqu'il visite un réseau distant! lorsque le paquet arrive à destination, l'adresse source de l'entête IPv6 est remplacée par l'adresse HA contenue dans l'extension d'entête Option type Option len. Home Address

7 Option HA destination et option de routage MN CN CN MN! en quittant la couche MIP du MN CN, CoA HA dst opt data! en quittant la couche MIP du CN CoA, CN HA routing opt data! au CN, après traitement de l'option! au MN, après traitement de l'option CN, HA data HA, CN data! l'adresse source finale est l'adresse HA du MN!! l'adresse destination finale est celle du MN! Pour conclure! les Binding Updates sont sécurisés! sinon risque de détournement de trafic!! MIPv4 ou MIPv6?! MIPv6 est plus efficace! MIPv6 est natif dans IPv6 (théorie du moins) et l'optimisation de route toujours disponible (optionnelle en MIPv4)! En IPv6, un paquet émis par un MN a son adresse source à CoA (plus une option HA). Evite tout problème "d'ingress filtering"! l'encapsulation est évitée entre CN-MN avec l'option de routage IPv6! le mécanisme d'auto configuration d'ipv6 est très utile

8 Quelques exemples de technologies sans fil équipe Planète - Inria Rhône-Alpes vincent.roca@inria.fr février 2012 Vue d ensemble! Plusieurs technologies sont considérées : 1. technologies IEEE * (Wifi) 2. réseaux LTE de la 4G

9 Partie 1: Les réseaux sans fils IEEE / WiFi Nombreux transparents inspirés/empruntés à Imad Aad. Merci Introduction au IEEE /Wifi! IEEE et Wifi! IEEE (ISO/IEC ) est un standard international décrivant les caractéristiques d'un réseau local sans fil (WLAN)! WiFi (Wireless Fidelity) est le nom donnée à la certification délivrée par la «Wifi Alliance», l'organisme chargé de maintenir l'interopérabilité entre les matériels répondant à la norme Par abus de langage (et marketing), le nom de la norme et de la certification sont confondus! norme qui couvre les couches PHY / MAC

10 Introduction au IEEE /Wifi (suite)! les évolutions de la technologie :! , 2 Mbps, autour de 2.4 GHz! b, 11 Mbps, autour de 2.4 GHz! a, 54 Mbps (25 Mbps utiles), autour 5 GHz! g, 54 Mbps (25 Mbps utiles), autour de 2.4 GHz, compatibilité ascendante avec b! et quelques extensions :! e extension visant à apporter de la QoS! i extension visant à améliorer la sécurité de a/b/g Introduction au IEEE /Wifi (suite)! nouvelle norme (9/2009) : n! jusqu à 600 Mbps, autour de 2.4GHz ou 5GHz! rendu possible par :! MIMO (mult input/mult output), via des antennes multiples! jusqu'à 4 flux simultanés! doublement de la bande passante des canaux (40MHz)! agrégation des trames! configurations courantes :! 2x2:2, 2x3:2, 3x3:2 : 300 Mbps max! 3x3:3 : 450 Mbps max

11 Les 3 modes de fonctionnement de ! le mode ad-hoc (ou IBSS, Independant Basic Service Set)! pas d infrastructure fixe! interconnexion directe entre les équipements Les 3 modes de fonctionnement (suite)! le mode infrastructure basic (BSS, Basic Service Set)! présence d un point d accès qui peut aussi permettre l interconnexion à l Internet! pas de communication directe entre les équipements

12 Les 3 modes de fonctionnement (suite)! le mode infrastructure étendu (ESS, Extended Service Set)! présence de plusieurs points d accès qui peuvent aussi permettre l interconnexion à l Internet! hand-off au niveau MAC entre les différents points d accès! la mobilité est transparente aux couches supérieures! Connexion au réseau! Connexion passive! la station écoute sur tous les canaux les trames balises (beacon frame) émises par la BS! on obtient la liste des réseaux, avec leurs caractéristiques et le rapport S/N! Authentification! la station s authentifie auprès de la BS choisie! peut être implicite, toute station étant acceptée! peut être explicite (Shared Key Auth. System) nécessite une clef secrète partagée! Association! la station envoie une trame association request! la BS vérifie le SSID spécifié et accepte si OK avec une trame association response

13 La couche MAC! Deux modes principaux! DCF (Distributed Coordinated Function)! en mode Ad-Hoc ou Infrastructure! version de base pour les petits paquets! version permettant le CSMA/CA (Collision Avoidance) pour les autres paquets! PCF (Polling Coordination Function)! seulement en mode Infrastructure (puisqu il faut un arbitre)! permet de garantir à chaque station un accès minimum au médium (absence de famine) La couche MAC (suite)! Mode DCF, pour les petits paquets! introduit des temps d attente minimums (DIFS/SIFS)! des temps d attente aléatoires, bornés par une valeur qui dépend de l historique (CW)! la borne maximum augmente s il y a collision

14 La couche MAC (suite)! Mode DCF avec Collision Avoidance! les RTS (Request To Send)/CTS (Clear To Send) suivent la même approche! les paquets (de taille conséquente) ne peuvent être transmis qu après réception du CTS La couche MAC (suite)! Mode PCF pour garantir un accès minimum au médium (sans famine)! deux phases :! polling, où le point d accès interroge chaque station! DCF, où le système évolue librement sans intervention du point d accès

15 La couche physique de IEEE (1997)! 3 possibilités prévues par norme 1997! DSSS / FHSS / Infrarouge! mais essentiellement DSSS (étalement de spectre) en pratique La couche physique de 1997 (suite)! Principe équivalent au DSSS présenté dans le cours sur la couche MAC! mais avec des différences pratiques! un seul code de 11 bits partagé par tous les équipements! n apporte aucune sécurité! n apporte aucun multiplexage d accès! permet seulement la suppression des interférences

16 La couche physique de 1997 (suite)! Deux types de modulations, suivant le débit et la robustesse souhaités La couche physique de 1997 (suite)! les canaux possibles! 83,5 MHz de largeur de bande (2,4 à 2,4835 GHz)! 14 canaux de largeur 22 MHz! conduit à des recouvrements inévitables! le spectre de puissance! de la largeur du canal en ignorant les lobes secondaires

17 La couche physique de 1997 (suite)! les canaux possibles : stratégie! en France, l ACERP autorise les canaux de 1 à 13! en pratique, si un site disposant déjà de réseaux Wifi! essayer d éloigner les canaux le plus possible pour permettre un S/N élevé sinon interférences et débit plus faible"! si impossible, choisir le même canal permet au mécanisme de détection de collisions de fonctionner mais il y a partage de la bande passante " La couche physique du IEEE a/g! Repose sur OFDM! un canal de 20 MHz est découpé en 52 sous-canaux! 48 pour les données, 4 pour des codes correcteurs! la modulation sur chaque sous canal est indépendante et bas débit BPSK, QPSK, 16-QAM et 64-QAM"! en agrégeant ces sous-canaux on obtient 54Mbps Exemple : a (bande des 5GHz)

18 La couche physique (suite)! Puissance de transmission pour la bande 2.4GHz en France! exprimée en PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente) GSM typique mw 2.5 mw maximum 100 mw en intérieur et extérieur, sauf sur les canaux qui sont limités à 10mW en extérieur Wifi et sécurité! Plusieurs mécanismes plus ou moins fiables...! SSID! habituellement envoyé en clair dans les trames balises, on peut configurer la BS pour ne pas le faire! empêche une station de se connecter...!... tant qu elle n a pas pu sniffer la connexion d une station autorisée car le SSID est transmis en clair à ce moment là! Access Control List (ACL)! on liste sur la BS les adresses MAC autorisées! marche...!... sauf si on sniffe des trames autorisées, et on change l adresse MAC de sa carte (possible avec certaines cartes)

19 Wifi et sécurité... (suite)! WEP! permet une authentification et chiffrement! repose sur RC4 et une clef secrète partagée par BS et chaque station! marche bien...!... tant que l on n a pas affaire à des attaquants un tout petit peu décidés! RC4 a bien des failles! les détails d utilisation montrent qu il y a des lacunes! on casse le tout après récupération d un certain volume de trafic Wifi et sécurité... (suite)! i! EAP (Extended Auth. Prot.) gère l authentification! inclue un contrôleur et un serveur d authentification! plusieurs déclinaisons : par ex. EAP-TLS! TKIP (Temporal Key Integrity Protocol)! apporte chiffrement et intégrité! gère des clefs temporaires! indépendant du bloc de chiffrement : par ex. AES! à utiliser impérativement!

20 Quelques exemples de technologies sans fil équipe Planète - Inria Rhône-Alpes vincent.roca@inria.fr février 2012 Vue d ensemble! Deux exemples : 1. technologies IEEE * (Wifi) 2. réseaux LTE de la 4G

21 Partie 2 : Les réseaux LTE de la 4G Nombreux transparents inspirés/empruntés à wikipedia, "LTE introduction" (Ericsson), et Moray Rumney (Agilent) Merci. Introduction! situation de la 3G! Les réseaux mobiles de troisième génération actuels s'appuient sur le standard UMTS, dont les performances ont évolué depuis 2002 pour atteindre dans un premier temps des débits moyens de l'ordre de 250 Kbit/s! Avec la technologie HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), évolution de l'umts, le débit crête théorique atteint 14 Mbit/s

22 Introduction (suite)! "Long Term Evolution" (LTE), du 3GPP! successeur à l'umts pour la 4G! projet démarré en novembre 2004 par le 3GPP! 1 er déploiement en décembre 2009 (TeliaSonera) Stockholm et Oslo"! standard concurrent du IEEE WiMax! rallie de nombreux supports chez les équipementiers (Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Huawei, Nortel...) et les opérateurs télécoms (Orange, Vodafone, T-Mobile, DoCoMo...) Introduction (suite)! débit descendant max par tranche 20MHz de spectre! Mbps (avec 4 antennes (MIMO))! Mbps (avec 2 antennes)! 100 Mbps (avec 1 antenne)! débit ascendant max de 86.4 Mbps par tranche de 20MHz de spectre! latence < 5 ms pour des paquets IP de petite taille! jusqu'à 200 clients actifs par cellule et par tranche de 5 MHz de spectre! flexibilité accrue dans l'attribution du spectre de fréquence (1,4 MHz jusqu'à 20 MHz),! contrairement aux systèmes actuels où l'allocation se fait par tranche fixe de 5 MHz créant des problèmes de coexistence entre systèmes concurrents

23 Introduction (suite)! taille des cellules :! 5 km avec performances optimales! 30 km avec performances raisonnables! 100 km avec performances acceptables! coexistence avec les standards actuels, les clients pouvant passer d'un standard à un autre sans interruption de la communication ni intervention manuelle! support possible de la TMP (TV Mobile Personnelle),! en fait un concurrent du DVB-H/SH! un réseau tout IP! IP est là encore la couche de convergence "! on retrouve toute la pile du MBMS Introduction (suite)! qui repose sur OFDM pour le flux descendant! comme la plupart des standards sans fil actuels

24 Introduction (suite) LTE (réseaux mobiles) - Wikipédia 06/02/12 21:26 bandes spectrales à 2,6 GHz, et la possibilité d'utiliser des sous-bandes de fréquences non-contiguës ; un meilleur support des terminaux en mouvement rapide. De hautes performances ont été enregistrées jusqu'à 350 km/h, voire jusqu'à 500 km/h, en fonction de la bande de fréquence utilisée. Contrairement aux normes HSPA et HSPA+, qui utilisent la même couverture radio que l UMTS, le LTE nécessite une couverture radio et des antennes dédiées. Buts recherchés et calendrier prévisionnel Avec le LTE et la 4G, les industriels et les opérateurs cherchent à augmenter les débits réels aux alentours de 20/30 Mbit/s à l'horizon , 100 Mbit/s et peut être plus à long terme. La cible de débit théorique maximal de la technologie LTE Advanced est de 1 Gbit/s. Normes et fréquences Dans les zones rurales, les bandes de fréquence utilisées se situent dans les zones de 800 MHz et 900 MHz. Le rayon de couverture de chaque cellule est variable, allant de quelques centaines de mètres (débits optimaux en zones urbaines) jusqu'à 100 km (zone rurales). Dans l'union européenne (UE), des discussions sur l'utilisation de la bande de fréquence des 800 MHz, ont abouti au choix de ces bandes spectrales qui étaient auparavant utilisées pour la télévision analogique UHF Ces canaux sont disponibles en France à partir de 2012, suite à la vente de ce que l'on appelle le «dividende numérique», obtenu par le passage à la TV numérique de tous les États membres européens. En ce qui concerne l'utilisation de la bande des 900 MHz, il faudra effectuer un «réaménagement» du spectre en libérant des canaux actuellement utilisés par le GSM (2G). Dans les villes et zones urbaines, les bandes de fréquences utilisées seront plus élevées (entre 2,5 et 2,7 GHz au sein de l'ue). Dans ce cas, la taille de la cellule radio (zone de couverture) sera d environ 1 km. La standardisation par le 3GPP du LTE a 1 été achevée au début 2008 (3GPP rel 8 ) et la première mise à disposition d'équipements pour tester la norme LTE était prévue pour la fin Le but du LTE est de promouvoir l'utilisation du haut-débit mobile, en utilisant l'expérience et les investissements des réseaux 3G afin de développer plus rapidement les réseaux de quatrième génération 4G, dont l'objectif est d'atteindre des débits encore plus élevés (connexion sans fil à 1 Gbit/s). Le HSPA et le LTE sont des antagonistes forts de la technologie WiMAX et de ses évolutions, la disponibilité de la technologie UMTS HSPA+ et du LTE dans un proche avenir, réduit considérablement les chances de succès de déploiement du WiMAX à grande échelle, en particulier telle qu'elle est appliquée dans le domaine de l'internet et du haut-débit mobile. Situation en France! deux bandes Aujourd'hui, de nombreux opérateurs nord-américains utilisant la norme CDMA2000 ont décidé de passer à la norme LTE dès que les équipements seront disponibles, abandonnant ainsi la technologie CDMA, dont le succès est de plus en plus limité, ce qui offre la perspective de créer une norme mondiale des communications mobiles.! bande des 800MHz libérée par la TV analogique (zones Attribution des fréquences en France rurales) 3 bande des 800 MHz 4567 bande des 2600 MHz! bande des 2600 MHz (centres urbains) LTE (réseaux mobiles) - Wikipédia 06/02/12 21:26 Page 2 sur 4 Technologies 4G concurrentes ou complémentaires! tarifs 683 M" (Bouygues), 891 M" (Orange), M" (SFR) LTE Advanced, dont les travaux de normalisation sont en cours au sein de l'umts Forum et du 3GPP, est considéré comme une évolution de LTE qui le ferait passer en 4G. Elle apportera les bénéfices suivants : des débits plus élevés sur les liens montants ou descendants du réseau, grâce à l agrégation de porteuses ; des performances radios accrues au niveau d'une cellule pour servir plus de terminaux, grâce aux évolutions de la technologie MIMO ; la possibilité de déployer des relais radio à coût faible qui viendront étendre la couverture d'une cellule ; un meilleur passage à l'échelle en termes de capacité de trafic supporté par le réseau. WiMAX, qui a acquis le 18 octobre 2007 le statut de standard international ITU comme norme 3G. Les détenteurs d'une licence 3G pourront donc déployer du WiMAX en sus de l'umts. WiMAX est déjà en cours de déploiement, cependant la bande passante de 100 Mbit/s pour LTE contre 70 Mbit/s pour WiMAX ainsi qu'une accessibilité supérieure (100 km en zone rurale) laisse supposer une émergence de LTE à partir de Plusieurs équipementiers (Alcatel-Lucent, Ericsson, Nokia Siemens Networks, Huawei, Nortel...) et opérateurs télécoms